Ученые создали электронный нос-долгожитель
Электронные носы — это компактные устройства для распознавания широкого класса химических веществ. В отличие от простых датчиков газов, они могут не только различать смеси, но и запоминать новые запахи благодаря обучению с помощью систем искусственного интеллекта.
Обучение электронного носа похоже на тренировку поисковых собак: компьютеру, оборудованному сенсорами, показывается нужный запах, который закрепляется его обозначением. Представим, что сенсор направлен на поиск в атмосфере запаха розы. Компьютер запоминает, какой у розы «образ» и впоследствии отличает ее, например, от аромата квашеной капусты.
Но, в отличие от биологической системы обоняния, электронный нос, при помещении в реальные условия, когда в окружающей атмосфере возникает много неконтролируемых примесей, начинает «путаться» буквально через несколько дней. Ученые, часто имеющие дело с газовыми сенсорами, конечно, знают в чем дело.
«Дело в том, что сенсоры нестабильны и их показания дрейфуют со временем, — поясняет один из авторов, профессор СГТУ Виктор Сысоев. — Потому нужны стабильные сенсоры, избегающие дрейфа. Мы продемонстрировали, как подойти к этой проблеме на примере электронного носа, основанного на мультисенсорной матрице из оксида металла».
Саратовские ученые разработали стабильные высокочувствительные сенсоры на основе монокристаллических нановолокон. Но оказалось, что электронные носы на их основе могут безошибочно распознавать запахи только неделю-другую, а потом требуют перекалибровки.
Поэтому специалисты СГТУ попытались посмотреть на эту проблему с другой стороны. Речь идет о быстром алгоритме перекалибровки сенсоров с возможностью тонкой подстройки по ходу работы прибора.
«Мы выяснили, что стабильность электронного носа зависит в основном от случайных изменений состава окружающего воздуха, а ввод процедуры дообучения носа обеспечивает его стабильность на протяжении многих лет, — добавляет Сысоев. — Более того, мы впервые доказали способность прибора функционировать более восьми лет, — никто еще не демонстрировал такой долгой и успешной работы искусственных носов».
Для реализации и проверки идеи в Технологическом институте Карлсруэ был установлен «демонстратор» электронного носа, который тщательно откалибровали (в течение двух недель) на воздействие трех «запахов»: зажигалки, фломастера и «чистого» воздуха. Если поднести к электронному носу лежащий неподалеку фломастер, сенсоры распознают его запах и автоматически используют полученные данные для своей подстройки к текущему состоянию воздуха. Эта система безошибочно работает с 2009 года.
Данная разработка имеет большое значение для практиков, так как на ее основе может быть создан «идеальный» электронный нос, являющийся стабильным и простым техническим инструментом для анализа состава газовых сред.
Результаты исследования опубликованы в журнале Sensors.
